磷石膏全尾砂充填胶凝材料的研究

磷石膏全尾砂充填胶凝材料的研究

朱国军，全峰

湖北文理学院 襄阳 441053

摘要：在二十世纪七十代，我国在黄沙坪铝锌矿首次采用了干式充填采矿法，取得了较大的成功，随后充填法在我国逐渐广泛应用。充填法普遍使用水泥当作主要充填胶凝材料，但其成本较高，缺点较多，同时在使用中也存在大量问题。为了解决充填法的问题，磷石膏填充胶凝材料在21世纪初被投入使用，磷石膏充填胶凝材料不仅能降低成本，而且也解决了磷石膏的堆积问题。

关键词：磷石膏；充填胶凝材料；可持续发展

0引言

磷石膏是化工生产中所产生的一种工业副产品，随着磷化工业的快速发展，副产物磷石膏大量增加。目前磷石膏处理方式仍以堆存为主，不仅占用大量土地、耗费可观资金，且有害杂质随雨水浸出，产生酸性废水，引起生态危害。因此，实现磷石膏低成本、高附加值资源化利用关系到农业、磷化工及相关行业可持续发展。磷石膏全尾砂充填胶凝材料以磷石膏为主要原料，配以粉煤灰、矿渣等工业固体废弃物，既能减少水泥的用量、降低充填成本，又能充分利用周边固废资源，实现矿山尾砂全利用。

1磷石膏在全尾砂充填材料中的应用

充填采矿法是以充填骨料和胶凝材料为主要材料让其与水混合搅拌制备成充填料浆，通过充填管道输送到地下采场，由此形成胶结充填体支撑采场围岩，达到控制围岩变形、地表沉陷，保护环境与控制地压的目的。同时，全尾砂充填将选矿尾砂全部回填到地下采空区，避免在地表尾矿库中堆放，不仅可以减少尾矿库征地、建造以及安全维护费用，还能够规避尾矿库潜在的地质灾害隐患。此外，充填法采矿还有助于降低矿石的损失与贫化，提高矿产资源开发利用效率。由此可见，全尾砂充填采矿能够实现“以废制害”，达到安全开采与清洁生产的目的。目前，国内外充填法开采矿山仍普遍采用水泥作为充填胶凝材料。

但是用作水泥作为充填胶凝材料所带来的成本问题，环境污染问题等都无法很好的去解决掉，基于这种情况下，我国开始研究新型材料来代替部分水泥作为充填胶凝材料。

磷石膏在充填材料中的应用在我国已经有了十几年的历史，从2005年我国第一次把磷石膏实现了工业化应用开始，磷石膏在充填胶凝材料方面的应用越发的成熟。到现在，越来越多的矿区采用磷石膏复合胶凝材料作为充填固结材料来代替部分普通硅酸盐水泥。磷石膏用做充填胶凝材料代替部分水泥具有较大的优势。在王新民教授的研究中得知，磷石膏晶体粗大，程六面板状，这种颗粒特征使其固化过程中需水量大，正是因为这种特性，可以使得胶结充填料浆脱水少，这样将会大大减少充填时采场泌水量，从而解决了在胶凝材料中如何处理大量水的问题。

2磷石膏全尾砂充填胶凝材料的优势

2.1对环境更友好

首先在传统矿山充填胶结中，最早使用硅酸盐水泥作为充填胶凝材料，虽然硅酸盐水泥作为一种胶凝材料所带来的强度远远满足了矿山的要求，但是在使用普通硅酸盐水泥作为充填胶凝材料时会因为其特性而使用大量的水，在后期因为大量的水无法处理而带来水污染。

而在我国的工业发展中，不难发现，有许多污染环境的东西随着工业的生产而产生，例如磷石膏作为磷肥生产的副产物大量堆积，不仅能占用了大量的土地，还会产生酸雨对环境产生极大的危害。

在后续的研究中发现，磷石膏配合其他材料可以用于矿山的充填胶凝中，其不仅可以在充填胶凝材料的固结过程中吸收大量的水分，减少了后期因废水所带来的种种问题，而且还解决了磷石膏因产生后而无法处理的种种问题，这无疑对矿区及周边环境具有重大意义。

2.2降低充填成本。

在传统的矿区开采中，普遍使用大量水泥作为胶凝固结材料，而使用大量的水泥所带来的高成本一直困扰着矿区的生产发展，同时普通硅酸盐水泥作为充填胶凝材料带来的水污染处理也需要一个极高的成本。

而据研究表明，在新型充填胶凝材料中，磷石膏配以粉煤灰，火山渣等材料作为胶凝材料用于矿山充填中能大大减少水泥地使用，这解决了磷石膏用于矿山充填中能减少所使用成本10%-20%。同时，磷石膏在胶凝材料固结时，会吸收大量的水分，因此可以减少后期所产生的废水处理问题。这还仅仅只是矿山充填固结中所减少的成本，对于部分企业来说，自己企业在生产中所带来的磷石膏副产物不仅解决了堆积问题，解决了处理磷石膏所带来的花费问题，而且也会得到一笔额外的收入。

总体来说，使用磷石膏作为充填胶凝材料不仅降低了矿山生产中的所产生的大成本问题，而且也解决了磷石膏在生产出来之后所带来的种种问题。可以说磷石膏作为一种全新充填胶凝材料在生产应用中对于企业和生产来说的是一个双赢的局面。

3总结

现在磷石膏充填胶凝材料作为一种新型充填胶凝材料被应用于充填法采矿中，在使用磷石膏作为充填胶凝材料的矿区中水泥的使用量大大减少，从而降低了成本，而且还使大量堆积的磷石膏被消耗，把矿区全尾砂再次投入于矿区之中，从而实现了工业副产物磷石膏的循环利用，减少矿业生产中所带来的环境污染。磷石膏作为充填胶凝材料对实现企业可持续发展以及磷石膏综合利用都具有十分重大的意义，其也符合我国绿水青山就是金山银山的基本国情。

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基金项目：湖北文理学院大学生创新创业训练计划项目（S202210519002）